Elucider le rôle des messagers secondaires (p)ppGpp et c-di-GMP dans la coordination des réponses bactériennes au stress et à l'adhésion à une surface // Decoding the role of intracellular messengers in stress and surface sensing in bacteria

Comprendre comment les bactéries modulent leur croissance face à des changements environnementaux est essentiel pour développer de nouvelles stratégies de lutte contre les infections.
Dans notre laboratoire, nous utilisons la bactérie modèle Caulobacter crescentus. À chaque cycle cellulaire, cette bactérie se différencie d'un état non-réplicatif vers un état réplicatif de croissance. Cette transition ne se produit que si les conditions environnementales sont favorables : en cas de carence nutritive, les cellules restent bloquées dans un état non-réplicatif. De nombreux mécanismes impliqués dans ce blocage du cycle cellulaire restent encore à découvrir.
Notre objectif est de mieux comprendre les cascades de signalisation qui maintiennent les cellules dans un état non-réplicatif, afin d'identifier de nouvelles pistes pour empêcher l'émergence de bactéries persistantes ou, au contraire, déclencher leur différenciation. Chez de nombreuses bactéries, la carence induit l'accumulation de dérivés nucléotidiques intracellulaires qui permettent de relier un signal environnemental à une réponse physiologique. En particulier, le (p)ppGpp s'accumule fortement chez Caulobacter en condition de carence en carbone, et suffit à bloquer la cellule dans un état non-réplicatif.
Nous avons récemment observé que le contact avec une surface permet aux cellules de Caulobacter, même en condition de carence, de se diviser. Cette détection de surface peut impliquer le flagelle bactérien, via l'interaction entre les protéines MotAB du moteur flagellaire et la diguanylate cyclase DgcB, qui synthétise le messager secondaire di-GMPc. Pour étudier les mécanismes impliqués dans cette réponse au contact de la surface en condition de carence, nous utiliserons des approches de génétique bactérienne pour tester si des mutants motAB, dgcB, ou portant une interaction altérée DgcB/MotAB, conservent la capacité à se différencier et se diviser sur une surface.
Cette réponse pourrait donc impliquer le messager intracellulaire di-GMPc via la régulation des diguanylates cyclases DgcB et PleD. Il a été montré que des niveaux intermédiaires de di-GMPc permettent de restaurer l'attachement à une surface et la synthèse du « holdfast » (piédestal adhésif) chez Caulobacter. Nous émettons l'hypothèse qu'en condition de carence, l'accumulation de (p)ppGpp module l'activité des diguanylate cyclases, permettant la différenciation et la division au contact d'une surface.
Pour tester cette hypothèse, nous combinerons (i) des approches génétiques pour moduler artificiellement les niveaux de di-GMP et observer l'effet sur le cycle cellulaire, et (ii) des approches biochimiques et bioinformatiques pour analyser l'impact du (p)ppGpp sur l'activité des diguanylate cyclases.
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Understanding how bacteria adjust their growth in response to environmental changes is essential to developing new strategies to combat infections.
In our lab, we use the model bacterium Caulobacter crescentus. During each cell cycle, this bacterium differentiates from a non-replicative to a replicative, growing state. This transition only occurs under favorable environmental conditions; in the case of nutrient limitation, cells remain arrested in a non-replicative state. Many of the mechanisms involved in this cell cycle arrest are still unknown.
Our objective is to better understand the signaling cascades that maintain cells in a non-replicative state, with the aim of identifying new ways to either prevent the emergence of persistent bacterial states or promote their differentiation. In many bacteria, nutrient deprivation leads to the accumulation of intracellular nucleotide derivatives that efficiently couple external signals to intracellular responses. In particular, (p)ppGpp accumulates in Caulobacter under carbon starvation and is sufficient to block the cell in a non-replicative state.
We recently observed that surface contact enables Caulobacter cells to divide even under starvation conditions. This surface sensing may involve the bacterial flagellum, through the interaction between the flagellar motor proteins MotAB and the diguanylate cyclase DgcB, which synthesizes the second messenger cyclic di-GMP (c-di-GMP). To investigate the mechanisms underlying this starvation-induced surface response, we will use bacterial genetics to test whether motAB, dgcB, or DgcB/MotAB interaction-deficient mutants can still differentiate and divide upon surface contact.
This response may involve c-di-GMP signaling via regulation of the diguanylate cyclases DgcB and PleD. Intermediate levels of c-di-GMP have been shown to restore surface attachment and holdfast synthesis in Caulobacter. We hypothesize that under nutrient limitation, (p)ppGpp accumulation modulates the activity of diguanylate cyclases, enabling surface-triggered differentiation and division.
To test this hypothesis, we will combine (i) genetic approaches to artificially modulate c-di-GMP levels and assess their impact on the cell cycle, and (ii) biochemical and bioinformatic approaches to characterize the effect of (p)ppGpp on diguanylate cyclase activity.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrat doctoral

Concours pour un contrat doctoral

Université Claude Bernard Lyon 1

341 E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation

Microbiologie (culture bactérienne, microscopie, cytométrie en flux…) Génétique bactérienne (clonage, construction de mutants, CRISPRi…) Techniques de biochimie (WesternBlot, purification de protéine, test d'activité enzymatique, HPLC) Bioinformatique (comparaison de séquences, analyses d'images de microscopie, alphafold,...)
Microbiology (bacterial cultures, microscopy, flow cytometry…) Bacterial genetics (cloning, mutant construction, CRISPRi…) Biochemical approaches (western blotting, protein purification, enzymatic tests, HPLC…) Bioinformatics (sequence alignments, microscopy image analysis, alphafold,...)